基于偏振調(diào)制器級聯(lián)的8倍頻光載毫米波產(chǎn)生方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光通信和毫米波通信領域，尤其涉及光載射頻（RoF)系統(tǒng)中心站的光 載毫米波產(chǎn)生技術，提供一種結構簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定，可以產(chǎn)生頻率可調(diào)諧的毫米波的方法。
【背景技術】
[0002] 光載射頻（RadiooverFiber,R0F)技術是一種結合了光纖通信和微波通信的新型 通信技術。一方面，對于光纖通信來說，由于光纖的低損耗和高帶寬特性，光纖通信已經(jīng)逐 漸從核心網(wǎng)的應用發(fā)展到了接近用戶的接入網(wǎng)。隨著越來越多的寬帶多媒體業(yè)務的出現(xiàn)和 普及，高速、大容量的光纖接入網(wǎng)已經(jīng)成為光通信領域的發(fā)展方向。另一方面，對于無線通 信來說，由于方便、個人化和無處不在的特性，無線接入技術已經(jīng)成為全球通信網(wǎng)絡發(fā)展的 另一個重要方向。而將這兩者結合無疑是未來通信的發(fā)展方向，RoF技術也由此誕生了。
[0003] 在R0F系統(tǒng)的眾多關鍵技術中，高質(zhì)量毫米波的產(chǎn)生更是提高光載無線通信RoF 系統(tǒng)性能和降低系統(tǒng)造價的關鍵技術，至今已有許多文獻中提出了毫米波的產(chǎn)生方案。隨 著微波光子技術的發(fā)展，利用微波光子學來產(chǎn)生高頻、高穩(wěn)定度的毫米波具有顯著優(yōu)勢。目 前該領域的研究熱點是如何獲得高品質(zhì)、高頻段的光生毫米波信號，包括高純度毫米波信 號的生成以及克服光纖色散效應的毫米波信號傳輸。最近幾年，學術界報道了多種方式的 毫米波信號光學生成技術，比如光外差法，外調(diào)制法，基于非線性效應四波混頻效應法以及 受激布里淵散射法等。在所報道的產(chǎn)生毫米波信號的方法中，光外調(diào)制法因其具有系統(tǒng)結 構簡單、操作穩(wěn)定且頻率可調(diào)諧的優(yōu)點得到了廣泛的應用。一些研究機構和組織也都已經(jīng) 利用光外調(diào)制法設計出了各種各樣的微波倍頻系統(tǒng)，倍頻系數(shù)為二倍頻、四倍頻、六倍頻、 八倍頻、十二倍頻不等，使用的調(diào)制器也有強度調(diào)制器、偏振調(diào)制器和相位調(diào)制器等。在這 些外調(diào)制器當中，偏振調(diào)制器（PolM)因其作為一個特殊的相位調(diào)制器可以實現(xiàn)相反相位 調(diào)制指數(shù)的橫電模和橫磁模，相對使用比較靈活，它在不同的驅動功率下，可以分別實現(xiàn)抑 制載波、抑制偶數(shù)階諧波和抑制奇數(shù)階諧波等優(yōu)點，已越來越受到廣泛的關注和應用。
[0004] 目前，將PolM應用于RoF系統(tǒng)中的研究有以下幾個方面的主要研究成果：1、基于 偏振調(diào)制器而獲得倍頻光電振蕩器（0E0)，2、基于偏振調(diào)制器生成頻率梳狀譜，3、基于偏振 調(diào)制器的毫米波倍頻產(chǎn)生，但這些倍頻成果大都局限于四倍頻。
[0005] 綜上考慮，為了產(chǎn)生高頻、高穩(wěn)定度的毫米波，且要達到系統(tǒng)結構簡單、操作穩(wěn)定 和頻率可調(diào)諧的目的，本專利提出了基于級聯(lián)兩個PolM的八倍頻光載毫米波產(chǎn)生方法。該 方法所設計的系統(tǒng)結構簡單而易用，由于使用的調(diào)制器是PolM，所以不需直流偏置，從而沒 有偏置漂移帶來的影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性高；另外由于不需要傳統(tǒng)外調(diào)制方法所需的光濾波器， 這樣產(chǎn)生毫米波的頻率調(diào)諧速率高，可調(diào)范圍大，且傳輸性能良好。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明提供一種基于兩個偏振調(diào)制器級聯(lián)的8倍頻光載毫米波產(chǎn)生方法。
[0007] 利用兩個級聯(lián)的PolM，實現(xiàn)兩次對奇數(shù)階邊帶的抑制，并且通過對射頻驅動信號 和PolM調(diào)制指數(shù)的控制最終只保留了正負四階邊帶，從而達到八倍頻的效果。
[0008] 首先，由激光器發(fā)出的線偏振光通過一個偏振控制器PC注入到一個光偏振調(diào)制 器PolM，調(diào)節(jié)PC使線偏振光的偏振方向與PolM的兩個主軸夾角成45度，實現(xiàn)線偏振光在 PolM的兩個正交偏振態(tài)上的分量相等，PolM在頻率為fRF的射頻信號驅動下，兩個正交偏振 光分別產(chǎn)生了兩個相反的相位調(diào)制，PolM輸出的光信號表達式如下：
[0009]
[0010] 其中E。和《。= 2 31f。分別是輸入的光載波的幅度和角頻率，e1是第一個PolM 的調(diào)制指數(shù)，《RF= 2 31fRF是射頻驅動信號的角頻率。公式（1)所示的兩個正交偏振光通 過一個偏振片P〇l使兩個正交偏振光合成為一個線偏振光，調(diào)節(jié)P〇l主軸與兩個正交偏振 光的夾角為45度，則偏振片輸出的線偏振光的表達式為
[0011]
[0012] 將公式（2)基于第一類Bessel函數(shù)進行展開，得
[0013]
[0014] 其中，Jn(x)代表n階第一類Bessel函數(shù)，從公式⑶可以看出，輸出光信號的奇數(shù) 階邊帶被抑制。然后，公式（3)所示的光信號入射到第二個PolM中，其作用與第一個PolM 相同，但是第二個PolM的射頻驅動信號與第一個有Ji/2的相移，之后，再經(jīng)過第二個偏振 片pol合成，第二個pol主軸同樣與兩個正交偏振光的夾角為45度，則其輸出可表示為
[0015]
[0016] 其中0 2是第二個PolM的調(diào)制指數(shù)。將公式（4)基于第一類Bessel函數(shù)進行展 開，得到
[0017]
[0018]由公式（5)可以看出，輸出的光信號的奇數(shù)階邊帶被抑制，只剩下載波和偶數(shù)階 邊帶。當調(diào)制指數(shù)的值較小時，四階及更高階的Bessel函數(shù)可以忽略，所以，我們將公式 (5)展開如下
[0019]
[0020] 要使生成的光信號只含有正負四階邊帶，我們需將公式（6)中的光載波和正負 二階邊帶抑制掉，因此我們需要保證= 0,同時 =0,由此可以得到兩個PolM的調(diào)制指數(shù)所滿足的關系是1^= 0 2 =1. 7〇
[0021] 滿足上述條件時，生成的光載暈米波表達式為
[0022]
[0023] 由此可以看出，生成的光波中只剩下正負四階邊帶；用光電探測器ro進行探測， 生成電域毫米波信號，其頻率為射頻驅動信號頻率的八倍，其光電流表達式為
[0024] I = y|EC|2=2J24(0 ) yE〇2[l+cos80RFt](8)
[0025] 本發(fā)明提供一種基于兩個偏振調(diào)制器級聯(lián)的8倍頻光載毫米波產(chǎn)生系統(tǒng)。
[0026] 系統(tǒng)包括：一個連續(xù)激光源CW、一個偏振控制器PC、一個射頻源RF、一個相移器 PS、兩個偏振調(diào)制器PolM、兩個偏振片pol和一個光電探測器PD。續(xù)激光源CW:產(chǎn)生所需要 的頻率為f。的連續(xù)光波；偏振控制器PC:調(diào)節(jié)PC使輸入的線偏振光的偏振方向與PolM兩 個主軸成45度夾角，從而使線偏振光在PolM的兩個正交偏振態(tài)上的分量相等；射頻源RF: 用作PolM的射頻驅動源，其頻率為fRF，則產(chǎn)生的八倍頻電域毫米波信號的頻率即為8fRF; 相移器PS:為調(diào)制在兩個PolM上的射頻信號提供一個Jr/2的相移，從而使兩次調(diào)制產(chǎn)生 的光載波和正負二階邊帶具有相反的幅度，產(chǎn)生相消疊加的作用，在調(diào)制深度為1. 7時，光 載波和正負二階邊帶相消疊加之后的幅度為〇,進而抑制掉這些邊帶；偏振調(diào)制器PolM: 在頻率為fRF的射頻信號驅動下，為輸入到調(diào)制器的兩個正交偏振光提供兩個相反的相位 調(diào)制；偏振片P〇l:將輸入的兩個正交偏振光合成為一個線偏振光，其合成的線偏振光的大 小由偏振片主軸與兩個正交偏振光之間夾角決定，在本發(fā)明中，這個夾角設置為45度，則 合成的線偏振光為兩個正交偏振光的等副相干疊加；光電探測器ro:用于實現(xiàn)頻率間隔為 8fRF的兩個光邊帶的拍頻，轉化為頻率為8fRF的毫米波電信號。
[0027]與其他倍頻的方法和系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供的倍頻產(chǎn)生方法和系統(tǒng)的優(yōu)點在于： 所用的調(diào)制器為偏振調(diào)制器，不需要控制其直流偏置，所以不會因為偏置漂移而造成影響， 產(chǎn)生的八倍頻光載毫米波信號穩(wěn)定性高；同時這種產(chǎn)生光載毫米波的方法的控制方式很簡 單，僅需要在兩個射頻驅動信號之間加上一個相移器來提供/2的相移，同時調(diào)節(jié)PolM的 調(diào)制指數(shù)就能夠達到抑制多余邊帶的目的?？紤]到該方法不需要光濾波器，所以產(chǎn)生的八 倍頻光載毫米波信號頻率可調(diào)且可調(diào)范圍廣。
【附圖說明】
[0028] 圖1所示為系統(tǒng)鏈路圖